Porovnání a popis vlastností dvou typů kleštin lineárního dávkovače Zavadil L., Dušek J., Hoppe V. SEV Litovel s.r.o. Palackého 34, 784 01 Litovel Česká republika E-mail: zavadil@sev-litovel.cz, hoppe@sev-litovel.cz Článek je věnován etapám vývoje závitové kleštiny pro náhon stlačování injekční stříkačky lineárního dávkovače. Autoři diskutují možnosti dvou variant závitové kleštiny lineárního dávkovače a jejich vzájemné porovnání. Obsah články 1. Úvod 2. Současný stav techniky u jiných výrobců 3. Vývoj kleštiny infuzní pumpy výrobce SEV Litovel, s.r.o. 4. Základní díly a sestava 5. Úprava řešení navrhované kleštiny 7. Měření průtoku pro obě řešení kleštiny 8. Závěr Použitá literatura 1. Úvod V rámci inovace infuzní pumpy výrobce SEV Litovel s.r.o. vyplynula potřeba vybavit tuto infuzní pumpu mimo peristaltického čerpadla [1, 2] také integrovaným lineárním dávkovačem. Zákazníci společnosti SEV Litovel s.r.o. lineární dávkovače k pumpě sice používají, ale jedná se o dávkovače externí, které je nutno před použitím nasadit na pumpu. Toto řešení se jeví jako zastaralé a je tedy nutné vybavit pumpu integrovaným lineárním dávkovačem. Při návrhu integrovaného lineárního dávkovače je nutné vyřešit zejména provedení kleštiny (závitové volnoběžky) pro náhon stlačování injekční stříkačky netradičním způsobem. Horizontálně stísněný prostor uvnitř stávající pumpy 2P totiž nedovoluje použití klasické kleštiny, která je navíc patentově chráněna. Další požadavky na kleštinu vyplývají z nutnosti princip uchycení kleštiny a její zástavby do stávající infuzní pumpy nejprve ověřit na funkčním vzorku a na základě provedených testů a zkoušek teprve vytvořit konečné řešení kleštiny. Z tohoto důvodu jsou vyloučeny technologicky náročné řešení a kleština musela být navržena s ohledem na možnosti jednoduché výroby. 57-1
2. Současný stav techniky u jiných výrobců Na ukázku uvádíme příklad, jakým způsobem je závitová kleština řešena u jiných výrobců. Příkladem může být lineární dávkovač Fresenius. Celkový pohled na přístroj je na obrázku 1. Pohled na vnitřní uspořádání je na obrázku 2 vlevo a detail řešení kleštiny pro pohon lineárního dávkovače na obrázku 2 vpravo. Obrázek 1: Celkový pohled na lineární dávkovač Fresenius. Obrázek 2: Vnitřní uspořádání lineárního dávkovače Fresenius a detail kleštiny. 3. Vývoj kleštiny infuzní pumpy výrobce SEV Litovel, s.r.o. Základem kleštiny infuzní pumpy firmy Sev Litovel, s.r.o. je frézovaný obal, který obsahuje dutinu pro čelisti kleštiny a dva páry ok pro osy vedení dráhy dávkovače. Uvnitř dutiny je trojice čelistí, které obepínají centrální závitový šroub v úhlu po 120. Do horní časti obalu je zašroubován rozevírací element, který je současně horním krytem dutiny čelistí a zároveň převádí tahovou sílu na píst stříkačky. Vnitřkem rozevíracího elementu vede táhlo ovladače čelistí. Vypínání čelistí je z důvodů technologické nenáročnosti u prototypu vyřešeno pomocí závitu. V horní části rozevíracího elementu je umístěna hlava dávkovače a krytem, do níž se vkládá píst stříkačky. Je volně otočná kolem svislé osy a na jejím vrcholu je matice ovladače vypínacího táhla. Součástí kleštiny je i záchyt reakce stříkačky a tento díl tvoří i část horního krytu pumpy. 57-2
Z technologických důvodů je nutno tento záchyt řešit jako odnímatelný díl, který tvoří konstrukční celek společně s kleštinou, a zařízení je tedy kompletně odnímatelné. Uvnitř pumpy zůstává náhon a nosný rám lineárního dávkovače. Pokud se tento způsob osvědčí, může být ovládání závitem nahrazeno jiným způsobem ovládání, například vačkou. 4. Základní díly a sestava Základní díly navrhované kleštiny lineárního dávkovače jsou zobrazeny na obrázku 3. Celá sestava kleštiny lineárního dávkovače v řezu je pak zobrazena na obrázku 4. a) základna e) hlava b) rozevírací element f) kryt hlavy c) táhlo vypínání g) záchyt reakce d) čelist h) klika Obrázek 3: Základní díly navrhované kleštiny. 57-3
Obrázek 4: Řez sestavou navrhované kleštiny lineárního dávkovače. Celek byl navržen s ohledem na pokud možno nejjednodušší výrobu. Ovládání vypínání je řešeno pomocí závitu, což má výhodu v možnosti dlouhodobého vystavení lineárního dávkovače při činnosti peristaltického čerpadla pumpy. Celek se osvědčil z hlediska přesnosti, ale při testování zařízení se jako závažný problém jeví konstrukční výška spodního dílu. Tento díl zbytečně omezoval zdvih závitové kleštiny, proto byla tato etapa vývoje ukončena a byl navržen spodní díl s menší konstrukční výškou. 5. Úprava řešení navrhované kleštiny Protože příliš vysoký blok čelistí závitové kleštiny omezoval zdvih a použití injekčních stříkaček velkých objemů byla tato konstrukční část zcela přepracována. Základem konstrukčního řešení jsou dvě čelisti rozevírající se v jedné rovině, viz obrázek 5. a) čelist samostatně b) čelisti uzavřeny, kleština v chodu c) čelisti otevřeny, kleština v klidu Obrázek 5: Zobrazení čelisti a dvou pracovních poloh. 57-4
Rotující závitová tyč je obemknuta čelistmi, které v záběru udržuje vnitřní otočné táhlo spojené s vypínací hlavou. To tedy znamená, že změna oproti původnímu vypínacímu mechanismu, které se dělo pomocí otáčení hlavy pozvolným vyšroubováním čelistí ze záběru, spočívá v novém konstrukčním uspořádání, kdy je mechanismus vypnout ze záběru pootočením hlavy o 45. Zařízení pracuje s tímto konstrukčním uspořádáním zcela bez problémů. Snížená konstrukční výška se projevuje kladně na rozsahu zdvihu pístu, takže je možné použít všechny druhy injekčních stříkaček, jak bylo původně zamýšleno. 7. Měření průtoku pro obě řešení kleštiny S původním i upraveným řešením kleštiny bylo provedeno několik měření skutečného průtoku pro namátkově vybrané hodnoty nastaveného průtoku infuzního roztoku. Přičemž jsme se zaměřili především na malé průtoky, pro které bude lineární dávkovač používán především. Výsledky měření jsou shrnuty v tabulce 1. Tabulka 1: Srovnání hodnot změřeného průtoku pro původní a upravené řešení kleštiny. Původní řešení kleštiny: Požadovaný průtok Naměřený průtok Odchylka 1,00 ml/hod. 1,00 ml/hod. 0,00 ml/hod. 5,00 ml/hod. 4,85 ml/hod. 0,15 ml/hod. 1) 10,00 ml/hod. 10,00 ml/hod. 0,00 ml/hod. Upravené řešení kleštiny Požadovaný průtok Naměřený průtok Odchylka 1,00 ml/hod. 1,00 ml/hod. 0,00 ml/hod. 5,00 ml/hod. 5,15 ml/hod. 0,15 ml/hod. 10,00 ml/hod. 10,00 ml/hod. 0,00 ml/hod. 1) V době, kdy bylo prováděno měření, nebyl nalezen vhodný algoritmus korekce otáček. Testování bylo prováděno na přesném analyzátoru průtoků lagu 2, který vyrábí firma Metron. Jedná se o zkoušečku infuzních čerpadel, která je schopna detekovat odchylky objemového průtoku menší než 0,10 mililitrů za hodinu až do hodnoty průtoku 1000,0 ml/hod. Měření průtoku jsou odebírána každých 30 sekund, takže měření jsou nezávislá na průtoku infuzními čerpadly. Při testování bylo dosaženo uspokojivé přesnosti nastaveného průtoku a výrazný rozdíl mezi starým a novým provedením kleštiny nebyl zaznamenán. Nové řešení se ukazuje jako velmi perspektivní. Z tohoto důvodu byla k přepracované spodní části navržena zcela nová horní část s vypínacím palcem. Spojovací trubka s otočným táhlem byla zachována, ale otočná hlava byla nahrazena vypínacím palcem a kinematickým mechanismem. Tento mechanismus převádí relativně lineární pohyb palce na rotační pohyb vypínacího táhla. Výrobek je vyzkoušen jako hliníkový model a v současné době se připravuje jeho plastová varianta. Montážní schéma kleštiny s vypínacím palce je na obrázku 6, kde jednotlivé části jsou: 1) závitová tyč ( na 3D obrázku pro přehlednost nezobrazena), 2) čelist, 3) pružina, 4) otočné táhlo, 57-5
5) palec vypínací, 6) táhlo, 7) páka (kruhová s otvory pro jistáž), 8) čep, 9) kuličky (při výrobě pravděpodobně nebudou montovány), 10) nosná trubka, 11) základna. Závitová tyč prochází otvorem v základně 11 a mezi čelistmi 2, které ji v případě, že je kleština v chodu, obepínají. 8. Závěr Obrázek 6: Montážní schéma verze kleštiny s vypínacím palcem. Technologicky jednoduchá závitová kleština je odnímatelná od pumpy pomocí dvou šroubů, společně s hlavou a se záchytem reakce injekční stříkačky. Její vývoj proběhl ve dvou etapách, přičemž první etapa vývoje se z části ukázala jako slepá. Výsledkem druhé etapy vývoje je samostatný technologický a konstrukční celek závitová kleština lineárního dávkovače. Ovládání spínání a rozpínání kleštiny je řešeno pomocí vypínacího palce (obrázek 7). Jako realizovatelné se u tohoto uspořádání jeví umístění snímačů tlaku a pohybu. Samostatnou závitovou kleštinu je možno jako konstrukčně finální technologický celek použít i pro případné zakomponování do samostatného lineárního dávkovače. 57-6
Obrázek 7: Fotografie kompletu verze kleštiny s vypínacím palcem. Další vývoj bude zaměřen na zvýšení přesnosti dávkování u nízkých průtoků pomocí softwarově prováděných korekcí rychlosti otáčení rotoru. První výsledky ukazují, že při správném nastavení těchto korekcí bude možné splnit přísná kritéria kladená na přesnost infuzních pump používaných v lékařství. Použitá literatura [1] Patentový spis CZ 292 594 Rotační peristalt. čerpadlo s přesným, zejména mechanickým lineárním dávkovačem. [2] Patentový spis CZ 292 309 Peristaltické rotační čerpadlo s přesným dávkováním. V článku jsou uvedeny poznatky, které byly získány při řešení grantu AV ČR 1ET110540521. 57-7